臺灣博碩士論文加值系統

本研究使用常溫常壓法合成鈷沸石咪唑骨架(ZIF-67)，反應物濃度較高可得大粒徑的ZIF-67，濃度較低則ZIF-67的粒徑較小，接著將不同粒徑的ZIF-67於550℃空氣中煅燒可獲得菱形十二面體結構的四氧化三鈷，但鍛燒溫度超過650℃會變成不規則狀的四氧化三鈷粒子。使用掃描式電子顯微鏡及穿透式電子顯微鏡觀察ZIF-67及四氧化三鈷的形貌與微結構變化，並以X光繞射儀、比表面積分析儀及熱重損失分析儀分別進行晶型結構鑑定、比表面積測定、孔徑分布及材料的熱裂解溫度。以恆電流充放電、循環伏安法、額定電流充放電及電化學阻抗頻譜法進行材料的分析電化學特性，分別顯示，以550℃空氣煅燒所獲得的小粒徑四氧化三鈷電極有最佳的電化學性質，以0.2 C電流進行充放電，其可逆電容量可達913 mAh/g，若以3.0 C電流進行充放電，其放電容量仍有830 mAh/g，但經100次充放電測試後其放電容量仍有560 mAh/g，比大粒徑電極還要好。






關鍵字 : 鈷-沸石咪唑骨架、四氧化三鈷、鋰離子電池、負極材料

In this study, the cobalt zeolite imidazole framework (ZIF-67) was synthesized by a normal temperature and pressure method. The higher the concentration of the reactants, the larger was the particle size of ZIF-67, while the smaller particle size of ZIF-67 was obtained when using the lower the concentration of reactants. The ZIF-67 samples with different particle sizes were calcined at 550°C in air atmosphere to obtain the cobalt oxide with rhombic dodecahedron structure. When the calcination temperature exceeded 650°C, the rhombic dodecahedron structure became irregular cobalt oxide particles. The morphology and microstructure changes of ZIF-67 before and after calcination were investigated by scanning electron microscopy and transmission electron microscopy, respectively. The crystal structure, specific surface area and pore size distribution, and thermal decomposition temperature of the material were determined by X-ray diffractometer, nitrogen adsorption/desorption isotherms, and thermogravimetric analysis, respectively. The electrochemical characteristics of the electrode materials were analyzed by constant current charge/discharge, cyclic voltammetry, rated current charge/discharge, and electrochemical impedance spectroscopy. The results showed that the cobalt oxide electrode with small particle size obtained by calcination at 550°C has superior electrochemical properties than that with large particle size, its reversible capacity could reach 913 mAh/g at 0.2 C rate and 830 mAh/g at 3.0 C rate. After 100 charge/discharge cycling tests, the discharge capacity remained 560 mAh/g, which was better than the cobalt oxide electrode with large particle size.

Keywords: cobalt zeolite imidazole framework, cobalt oxide, lithium-ion batteries, anode materials

摘 要 I
Abstract II
誌 謝 IV
目 錄 V
表目錄 VIII
圖目錄 IX
第 一 章 緒 論 1
1-1 前言 1
1-2 鋰電池發展 1
1-3 鋰離子電池的特性及優缺點 2
1-4 鋰離子電池工作原理 6
1-5 鋰離子電池的電極材料 8
1-5-1正(陰)極活性材料 8
1-5-2負(陽)極活性材料 9
1-5-3隔離膜 11
1-5-4電解質 12
1-6 金屬-有機骨架 14
1-6-1 沸石咪唑骨架 16
1-7 塗佈法介紹 17
1-8 文獻回顧及分析 18
1-8-1沸石咪唑骨架 18
1-9 研究動機與目的 22
第 二 章 實 驗 方 法 與 步 驟 23
2-1 實驗藥品與材料 23
2-2 實驗儀器 24
2-3 鈷沸石咪唑骨架合成製備 26
2-4 利用鈷沸石咪唑骨架製備四氧化三鈷 27
2-5 銅箔基材前處理 29
2-6 塗佈程序所需漿料之製備 29
2-7 以塗佈法製備沸石咪唑鈷電極 29
2-8 電解液製備 31
2-9 鈕扣型鋰離子電池組裝 31
2-10 材料特性分析儀器 34
2-10-1 TEM樣品製備 35
2-10-2 BET分析前製備 35
2-11 電化學特性分析 36
2-11-1 循環伏安法 37
2-11-2 充放電性能及額定充放電率 37
2-11-3 循環壽命測試 38
2-11-4 電化學阻抗頻譜分析 38
第三章 結果與討論 40
3-1 材料物理性質分析與探討 40
3-1-1 晶體結構鑑定 40
3-1-2 表面型態分析 43
3-1-3 內部結構分析 49
3-1-4 比表面積及孔隙度分析 53
3-1-5 熱重損失分析 59
3-2 電化學特性分析 60
3-2-1 恆電流充電與放電 60
3-2-2 循環伏安法測試 66
3-2-3 額定充放電率測試 69
3-2-4 電化學阻抗頻譜法分析 75
第四章 結論 81
參考文獻 83

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